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Tipo: TCC
Título: Arquitetura escalável de conversor CC–CC intercalado multicélula e multibraço para sistemas de eletrolisadores de hidrogênio verde
Autor(es): Pinheiro, Gabriel José Oliveira
Orientador: Kattel, Menaouar Berrehil El
Coorientador: Antunes, Fernando Luiz Marcelo
Palavras-chave em português: Conversor CC-CC intercalado;Conversor multicélula e multibraço;Hidrogênio verde;Eletrolisadores
Palavras-chave em inglês: Interleaved DC-DC converter;Electrolyzer;Green hydrogen;Multicell and multibranch converter
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Data do documento: 2025
Citação: Pinheiro, Gabriel José Oliveira. Arquitetura escalável de conversor CC–CC intercalado multicélula e multibraço para sistemas de eletrolisadores de hidrogênio verde. 2026. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2025.
Resumo: Este trabalho apresenta uma arquitetura escalável para um conversor CC–CC intercalado multicélula de M braços, oferecendo um avanço significativo na conversão de potência de alta eficiência. A topologia proposta integra três células intercaladas, cada uma composta por três braços interconectados, garantindo alto desempenho com menor complexidade. Notavelmente, cada célula requer apenas um indutor para transferir potência entre o barramento CC e o eletrolisador, possibilitando uma implementação mais compacta e eficiente. Entre as principais características, destacam-se: o esquema de modulação intercalada, que assegura o compartilhamento equilibrado de corrente entre os braços; a frequência de ondulação de corrente nos indutores igual a três vezes a frequência de comutação; e as ondulações de tensão e corrente no eletrolisador e no barramento CC ocorrendo em uma frequência nove vezes a frequência de comutação, o que melhora a estabilidade e o desempenho dinâmico do sistema. Além disso, o conversor proposto permite uma redução substancial no tamanho e no peso dos componentes passivos, como indutores e capacitores, devido à melhor distribuição da ondulação de corrente. O compartilhamento equilibrado de corrente entre os braços aumenta a confiabilidade e prolonga a vida útil dos componentes. A capacidade do conversor de alcançar alta densidade de potência o torna especialmente atrativo para aplicações de grande porte, como a produção de hidrogênio verde por eletrólise da água. O trabalho detalha a operação em regime permanente no modo de condução contínua, análise matemática, procedimentos de dimensionamento e uma comparação com topologias similares apresentadas na literatura. Um protótipo de 15 kW foi validado experimentalmente em malha aberta, operando com um barramento CC de 600 V e saída de 350 V para o eletrolisador, atingindo uma eficiência máxima de 98,14%.
Abstract: This work presents a scalable architecture for an interleaved multicellular M-arm DC–DC converter, offering a significant advancement in high-efficiency power-conversion systems. The proposed topology integrates three interleaved cells, each composed of three interconnected arms, achieving high performance with reduced structural complexity. Notably, each cell requires only a single inductor to transfer power between the DC bus and the electrolyzer, enabling a more compact and efficient implementation. Among its key features, the converter employs an interleaved modulation scheme that ensures balanced current sharing among the legs; an inductor-current ripple frequency equal to three times the switching frequency; and voltage and current ripples at both the electrolyzer and the DC bus occurring at nine times the switching frequency, resulting in improved stability and dynamic performance. Furthermore, the proposed converter enables substantial reductions in the size and weight of passive components, such as inductors and capacitors, due to the enhanced distribution of current ripple. Balanced current sharing among the legs increases reliability and extends component lifetime. The converter’s ability to achieve high power density makes it particularly attractive for large-scale applications, such as green hydrogen production via water electrolysis. The work provides steady-state operation analysis under continuous-conduction mode, mathematical modeling, design guidelines, and a comparison with similar topologies reported in the literature. A 15-kW prototype was experimentally validated in open-loop operation, using a 600-V DC bus and delivering 350 V to the electrolyzer, achieving a peak efficiency of 98.14%.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/84443
ORCID do(s) Autor(es): https://orcid.org/0009-0002-6514-346X
Currículo Lattes do(s) Autor(es): https://lattes.cnpq.br/5916975529933405
ORCID do Orientador: https://orcid.org/0000-0002-2133-9391
Currículo Lattes do Orientador: http://lattes.cnpq.br/8783500978890495
ORCID do Coorientador: https://orcid.org/0000-0002-0564-4564
Currículo Lattes do Coorientador: http://lattes.cnpq.br/3429770707790925
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Aparece nas coleções:ENGENHARIA ELÉTRICA - Monografias

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